JP3401425B2 - レーザー加工方法およびレーザー加工装置 - Google Patents
レーザー加工方法およびレーザー加工装置Info
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- JP3401425B2 JP3401425B2 JP02387998A JP2387998A JP3401425B2 JP 3401425 B2 JP3401425 B2 JP 3401425B2 JP 02387998 A JP02387998 A JP 02387998A JP 2387998 A JP2387998 A JP 2387998A JP 3401425 B2 JP3401425 B2 JP 3401425B2
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- laser
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- processing target
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー加工方法
およびレーザー加工装置に関し、さらに詳細には、高速
で微細パターンを形成することのできるレーザー加工方
法およびレーザー加工装置に関する。
およびレーザー加工装置に関し、さらに詳細には、高速
で微細パターンを形成することのできるレーザー加工方
法およびレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、各種の化学溶液を用いたウェ
ット・エッチング法や各種のレーザーを用いたレーザー
・アブレーション法などにより、種々の材料の加工が行
われている。
ット・エッチング法や各種のレーザーを用いたレーザー
・アブレーション法などにより、種々の材料の加工が行
われている。
【０００３】ところが、種々の材料の中で、例えば、石
英ガラスは、光の吸収端が１７０ｎｍ付近であり、ま
た、構成原子間の結合エネルギーも大きいため、こうし
た従来の加工方法では高速に微細パターンを形成するこ
とが困難であることが知られている。
英ガラスは、光の吸収端が１７０ｎｍ付近であり、ま
た、構成原子間の結合エネルギーも大きいため、こうし
た従来の加工方法では高速に微細パターンを形成するこ
とが困難であることが知られている。
【０００４】即ち、酸などの化学溶液を用いたウェット
・エッチング法を用いて石英ガラスを加工する場合に
は、加工速度は速いものとなるが、加工形状や加工速度
の制御性に劣り、微細加工には適さないという問題点が
あった。
・エッチング法を用いて石英ガラスを加工する場合に
は、加工速度は速いものとなるが、加工形状や加工速度
の制御性に劣り、微細加工には適さないという問題点が
あった。
【０００５】また、反応性イオン・エッチング法（ＲＩ
Ｅ）は、石英ガラスの精密微細加工を行うには適した加
工方法であるが、加工速度が遅い（ＳｉＯ2を加工する
場合には、１ｎｍ／ｓ以下の加工速度であることが知ら
れている。）という問題点があった。
Ｅ）は、石英ガラスの精密微細加工を行うには適した加
工方法であるが、加工速度が遅い（ＳｉＯ2を加工する
場合には、１ｎｍ／ｓ以下の加工速度であることが知ら
れている。）という問題点があった。
【０００６】さらに、上記した酸などの化学溶液を用い
たウェット・エッチング法や反応性イオン・エッチング
法においては、微細パターン加工を行うためにはレジス
トを用いたリソグラフィの工程が必要となり、加工処理
全体の工程が煩雑化して加工に長時間を要する一因とな
っていたという問題点があった。
たウェット・エッチング法や反応性イオン・エッチング
法においては、微細パターン加工を行うためにはレジス
トを用いたリソグラフィの工程が必要となり、加工処理
全体の工程が煩雑化して加工に長時間を要する一因とな
っていたという問題点があった。
【０００７】一方、レジストを用いずに材料を高速でパ
ターン加工する加工方法としては、レーザー・アブレー
ション法があるが、このレーザー・アブレーション法に
用いるレーザー光の波長は、加工対象材料に対して大き
な吸収係数を持つことが必要である。このため、レーザ
ー・アブレーション法により石英ガラスを加工しようと
する場合には、波長１７０ｎｍ以下のレーザー光を用い
る必要があるが、フォトン・コストや出力の点を考慮す
ると、石英ガラスの加工に実用化可能なレーザーは殆ど
ないという問題点があった。
ターン加工する加工方法としては、レーザー・アブレー
ション法があるが、このレーザー・アブレーション法に
用いるレーザー光の波長は、加工対象材料に対して大き
な吸収係数を持つことが必要である。このため、レーザ
ー・アブレーション法により石英ガラスを加工しようと
する場合には、波長１７０ｎｍ以下のレーザー光を用い
る必要があるが、フォトン・コストや出力の点を考慮す
ると、石英ガラスの加工に実用化可能なレーザーは殆ど
ないという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、光の吸収端の波
長が短く、また、構成原子間の結合エネルギーが大きい
石英ガラスなどの材料に対して、微細パターンを高速で
形成することができるようにしたレーザー加工方法およ
びレーザー加工装置を提供しようとするものである。
の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、光の吸収端の波
長が短く、また、構成原子間の結合エネルギーが大きい
石英ガラスなどの材料に対して、微細パターンを高速で
形成することができるようにしたレーザー加工方法およ
びレーザー加工装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加工対象材料に対して光の吸収のない透
明なレーザー光を用いて、レジストを用いることなく加
工対象材料に微細パターンをアブレーションにより形成
するものである。
に、本発明は、加工対象材料に対して光の吸収のない透
明なレーザー光を用いて、レジストを用いることなく加
工対象材料に微細パターンをアブレーションにより形成
するものである。
【００１０】従って、本発明によれば、広く一般に用い
られている可視領域、紫外領域あるいは赤外領域の波長
のレーザー光を発生するレーザーによって、種々の材料
の加工を行うことができるようになる。
られている可視領域、紫外領域あるいは赤外領域の波長
のレーザー光を発生するレーザーによって、種々の材料
の加工を行うことができるようになる。
【００１１】即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明
は、加工対象材料とターゲットとを間隔を開けて配置
し、上記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー
光を上記加工対象材料に照射するとともに上記ターゲッ
トに照射して、上記ターゲットから上記加工対象材料の
加工対象面に近接してプラズマを生成し、上記プラズマ
と上記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー光と
を相互作用させ、上記相互作用によって、上記加工対象
材料の上記加工対象面でアブレーションを発生させて加
工を行うようにしたものである。
は、加工対象材料とターゲットとを間隔を開けて配置
し、上記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー
光を上記加工対象材料に照射するとともに上記ターゲッ
トに照射して、上記ターゲットから上記加工対象材料の
加工対象面に近接してプラズマを生成し、上記プラズマ
と上記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー光と
を相互作用させ、上記相互作用によって、上記加工対象
材料の上記加工対象面でアブレーションを発生させて加
工を行うようにしたものである。
【００１２】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、加工対象材料とターゲットとを間隔を開けて配置
し、上記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー
光を所定のパターンを有するマスクを通して上記加工対
象材料に照射するとともに上記ターゲットに照射して、
上記ターゲットから上記加工対象材料の加工対象面に近
接してプラズマを生成し、上記プラズマと上記マスクを
通して上記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー
光とを相互作用させ、上記相互作用によって、上記加工
対象材料の上記加工対象面で上記マスクの所定のパター
ンに対応したアブレーションを発生させて加工を行うよ
うにしたものである。また、本発明のうち請求項３に記
載の発明は、レーザー加工される加工対象面を有する加
工対象材料と、上記加工対象材料の上記加工対象面と対
向して間隔を開けて配置されたターゲットと、上記加工
対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を上記加工
対象材料に照射するとともに上記ターゲットに照射し
て、上記ターゲットから上記ターゲットと上記加工対象
材料の上記加工対象面との間にプラズマを生成し、上記
プラズマとパルス・レーザー光とを相互作用させるパル
ス・レーザーとを有し、上記相互作用によって、上記加
工対象材料の上記加工対象面でアブレーションを発生さ
せて加工を行うようにしたものである。
は、加工対象材料とターゲットとを間隔を開けて配置
し、上記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー
光を所定のパターンを有するマスクを通して上記加工対
象材料に照射するとともに上記ターゲットに照射して、
上記ターゲットから上記加工対象材料の加工対象面に近
接してプラズマを生成し、上記プラズマと上記マスクを
通して上記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー
光とを相互作用させ、上記相互作用によって、上記加工
対象材料の上記加工対象面で上記マスクの所定のパター
ンに対応したアブレーションを発生させて加工を行うよ
うにしたものである。また、本発明のうち請求項３に記
載の発明は、レーザー加工される加工対象面を有する加
工対象材料と、上記加工対象材料の上記加工対象面と対
向して間隔を開けて配置されたターゲットと、上記加工
対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を上記加工
対象材料に照射するとともに上記ターゲットに照射し
て、上記ターゲットから上記ターゲットと上記加工対象
材料の上記加工対象面との間にプラズマを生成し、上記
プラズマとパルス・レーザー光とを相互作用させるパル
ス・レーザーとを有し、上記相互作用によって、上記加
工対象材料の上記加工対象面でアブレーションを発生さ
せて加工を行うようにしたものである。
【００１３】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、レーザー加工される加工対象面を有する加工対象材
料と、上記加工対象材料の上記加工対象面と対向して配
置されたターゲットと、上記加工対象材料に対して透明
なレーザー光を、上記加工対象材料に照射するレーザー
と、上記ターゲットにレーザー光を照射して、上記ター
ゲットから上記ターゲットと上記加工対象材料の上記加
工対象面との間にプラズマを生成する第２のレーザーと
を有し、上記ターゲットから生成されたプラズマと上記
レーザーから上記加工対象材料に照射されたレーザー光
との相互作用によって、上記加工対象材料の上記加工対
象面でアブレーションを発生させて加工を行うようにし
たものである。
は、レーザー加工される加工対象面を有する加工対象材
料と、上記加工対象材料の上記加工対象面と対向して配
置されたターゲットと、上記加工対象材料に対して透明
なレーザー光を、上記加工対象材料に照射するレーザー
と、上記ターゲットにレーザー光を照射して、上記ター
ゲットから上記ターゲットと上記加工対象材料の上記加
工対象面との間にプラズマを生成する第２のレーザーと
を有し、上記ターゲットから生成されたプラズマと上記
レーザーから上記加工対象材料に照射されたレーザー光
との相互作用によって、上記加工対象材料の上記加工対
象面でアブレーションを発生させて加工を行うようにし
たものである。
【００１４】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
は、レーザー加工される加工対象面を有する加工対象材
料と、上記加工対象材料の上記加工対象面に近接してプ
ラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記加工対象材
料に対して透明なパルス・レーザー光を上記加工対象材
料に照射して、上記プラズマ生成手段によって生成され
たプラズマとパルス・レーザー光とを相互作用させるパ
ルス・レーザーとを有し、上記相互作用によって、上記
加工対象材料の上記加工対象面でアブレーションを発生
させて加工を行うようにしたものである。
は、レーザー加工される加工対象面を有する加工対象材
料と、上記加工対象材料の上記加工対象面に近接してプ
ラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記加工対象材
料に対して透明なパルス・レーザー光を上記加工対象材
料に照射して、上記プラズマ生成手段によって生成され
たプラズマとパルス・レーザー光とを相互作用させるパ
ルス・レーザーとを有し、上記相互作用によって、上記
加工対象材料の上記加工対象面でアブレーションを発生
させて加工を行うようにしたものである。
【００１５】また、本発明のうち請求項６に記載の発明
は、本発明のうち請求項３、４または５のいずれか１項
に記載の発明において、さらに、上記レーザーと上記加
工対象物との間に配置された所定のパターンを有するマ
スクとを有し、上記レーザーは、上記マスクを通してレ
ーザー光を上記加工対象物に照射し、上記相互作用によ
って、上記加工対象材料の上記加工対象面で上記マスク
の所定のパターンに対応したアブレーションを発生させ
て加工を行うようにしたものである。
は、本発明のうち請求項３、４または５のいずれか１項
に記載の発明において、さらに、上記レーザーと上記加
工対象物との間に配置された所定のパターンを有するマ
スクとを有し、上記レーザーは、上記マスクを通してレ
ーザー光を上記加工対象物に照射し、上記相互作用によ
って、上記加工対象材料の上記加工対象面で上記マスク
の所定のパターンに対応したアブレーションを発生させ
て加工を行うようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明によるレーザー加工方法およびレーザー加工装置の
実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
発明によるレーザー加工方法およびレーザー加工装置の
実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００１７】図１には、本発明によるレーザー加工装置
の実施の形態の一例の概念構成図が示されており、この
レーザー加工装置は、レーザー光を照射するためのレー
ザー１０と、微細パターンを有するマスク１２と、レー
ザー光を集光するためのレンズ１４と、レーザー光が入
射可能な窓部１６ａを備えた真空チャンバー１６と、真
空チャンバー１６内に対向して配置された加工対象材料
１８およびターゲット２０とを有して構成されている。
の実施の形態の一例の概念構成図が示されており、この
レーザー加工装置は、レーザー光を照射するためのレー
ザー１０と、微細パターンを有するマスク１２と、レー
ザー光を集光するためのレンズ１４と、レーザー光が入
射可能な窓部１６ａを備えた真空チャンバー１６と、真
空チャンバー１６内に対向して配置された加工対象材料
１８およびターゲット２０とを有して構成されている。
【００１８】ここで、レーザー１０と、マスク１２と、
レンズ１４と、真空チャンバー１６と、加工対象材料１
８と、ターゲット２０とは、レーザー１０から照射され
たレーザー光がマスク１２を通過して、マスク１２を通
過したレーザー光がレンズ１４により集光され、レンズ
１４により集光されたレーザー光が真空チャンバー１６
の窓部１６ａを透過して真空チャンバー１６内に入射さ
れ、真空チャンバー１６内に入射されたレーザー光が加
工対象材料１８を透過してターゲット２０に照射される
ように配置されている。
レンズ１４と、真空チャンバー１６と、加工対象材料１
８と、ターゲット２０とは、レーザー１０から照射され
たレーザー光がマスク１２を通過して、マスク１２を通
過したレーザー光がレンズ１４により集光され、レンズ
１４により集光されたレーザー光が真空チャンバー１６
の窓部１６ａを透過して真空チャンバー１６内に入射さ
れ、真空チャンバー１６内に入射されたレーザー光が加
工対象材料１８を透過してターゲット２０に照射される
ように配置されている。
【００１９】ここで、加工対象材料１８とターゲット２
０との間隔Ｗは、例えば、２０μｍ〜８ｍｍに設定する
ことができる。
０との間隔Ｗは、例えば、２０μｍ〜８ｍｍに設定する
ことができる。
【００２０】また、レーザー１０としては、加工対象材
料１８に対して吸収されることのない透明なレーザー
光、即ち、加工対象材料１８に対して吸収されることの
ない波長を有するレーザー光を照射することができるも
のを選択するものであり、パルス・レーザーを用いるこ
とが好ましい。
料１８に対して吸収されることのない透明なレーザー
光、即ち、加工対象材料１８に対して吸収されることの
ない波長を有するレーザー光を照射することができるも
のを選択するものであり、パルス・レーザーを用いるこ
とが好ましい。
【００２１】さらに、真空チャンバー１６内の真空度
は、後述するプラズマの生成が維持できる真空度となさ
れている。
は、後述するプラズマの生成が維持できる真空度となさ
れている。
【００２２】なお、レンズ１４により集光されるレーザ
ー光の焦点位置は、いずれの位置であっても本発明の実
施には影響がないものであるが、例えば、ターゲット２
０の加工対象材料１８と対向する面とは反対側の面Ｃ側
（図１参照）や、加工対象材料１８とレンズ１４との間
（図５参照）などに位置させることができる。
ー光の焦点位置は、いずれの位置であっても本発明の実
施には影響がないものであるが、例えば、ターゲット２
０の加工対象材料１８と対向する面とは反対側の面Ｃ側
（図１参照）や、加工対象材料１８とレンズ１４との間
（図５参照）などに位置させることができる。
【００２３】次ぎに、加工対象材料１８として石英ガラ
スを用い、ターゲット２０としてステンレス鋼を用い、
レーザー１０としてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、レー
ザー光としてレーザー１０（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）の
４次高調波をパルス幅８ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１Ｈ
ｚで照射した場合について行った実験結果を説明する。
スを用い、ターゲット２０としてステンレス鋼を用い、
レーザー１０としてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、レー
ザー光としてレーザー１０（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）の
４次高調波をパルス幅８ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１Ｈ
ｚで照射した場合について行った実験結果を説明する。
【００２４】ここで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調
波の波長は２６６ｎｍであり、この波長２６６ｎｍのレ
ーザー光は石英ガラスに対して透明であり吸収されるこ
とはない。
波の波長は２６６ｎｍであり、この波長２６６ｎｍのレ
ーザー光は石英ガラスに対して透明であり吸収されるこ
とはない。
【００２５】即ち、レーザー光として波長２６６ｎｍの
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波を、微細パターンを
有するマスク１２ならびにレンズ１４を通して、加工対
象材料（石英ガラス）１８ならびにターゲット（ステン
レス鋼）２０に照射する。
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波を、微細パターンを
有するマスク１２ならびにレンズ１４を通して、加工対
象材料（石英ガラス）１８ならびにターゲット（ステン
レス鋼）２０に照射する。
【００２６】この際に、加工対象材料（石英ガラス）１
８を透過してターゲット（ステンレス鋼）２０に照射さ
れた波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調
波によって、ターゲット（ステンレス鋼）２０からはプ
ラズマが生成されてプラズマ・プルームが形成され（プ
ラズマは、ターゲット（ステンレス鋼）２０と加工対象
材料（石英ガラス）１８との間に生成されることにな
る。）、イオンやラジカルが生成されることになる。
８を透過してターゲット（ステンレス鋼）２０に照射さ
れた波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調
波によって、ターゲット（ステンレス鋼）２０からはプ
ラズマが生成されてプラズマ・プルームが形成され（プ
ラズマは、ターゲット（ステンレス鋼）２０と加工対象
材料（石英ガラス）１８との間に生成されることにな
る。）、イオンやラジカルが生成されることになる。
【００２７】そして、プラズマからの発光やイオン、ラ
ジカルと加工対象材料（石英ガラス）１８に入射された
波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波と
の相互作用によって、加工対象材料（石英ガラス）１８
のターゲット（ステンレス鋼）２０と対向する加工対象
面たる面Ａ（面Ａは、プラズマが存在する側の面であ
る。）でアブレーションが生じて、マスク１２の有する
微細パターンの加工が行われる。
ジカルと加工対象材料（石英ガラス）１８に入射された
波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波と
の相互作用によって、加工対象材料（石英ガラス）１８
のターゲット（ステンレス鋼）２０と対向する加工対象
面たる面Ａ（面Ａは、プラズマが存在する側の面であ
る。）でアブレーションが生じて、マスク１２の有する
微細パターンの加工が行われる。
【００２８】図２には、上記したようにして加工された
加工対象材料（石英ガラス）１８の面Ａの原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ）写真が示されている。この図２の原子間力
顕微鏡写真から明らかなように、面Ａには、マスク１２
の微細パターンに対応する周期的なグレーティング構造
が形成されている（詳細な図示は省略するが、マスク１
２は、面Ａに形成されたグレーティング構造に対応する
微細パターンを有している。）。
加工対象材料（石英ガラス）１８の面Ａの原子間力顕微
鏡（ＡＦＭ）写真が示されている。この図２の原子間力
顕微鏡写真から明らかなように、面Ａには、マスク１２
の微細パターンに対応する周期的なグレーティング構造
が形成されている（詳細な図示は省略するが、マスク１
２は、面Ａに形成されたグレーティング構造に対応する
微細パターンを有している。）。
【００２９】また、図３には、加工対象材料（石英ガラ
ス）１８とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗ
を２０μｍで固定した場合における、加工速度のレーザ
ー・フルエンス依存性を示すグラフが表されている。こ
の図３に示すグラフにおいては、縦軸に波長２６６ｎｍ
のＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波１パルス（ｐｕｌ
ｓｅ）当たりのエッチング深さを示すエッチング速度
（Ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）をとり、横軸にレーザー・フル
エンス（Ｌａｓｅｒ ｆｌｕｅｎｃｅ）をとっている。
ス）１８とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗ
を２０μｍで固定した場合における、加工速度のレーザ
ー・フルエンス依存性を示すグラフが表されている。こ
の図３に示すグラフにおいては、縦軸に波長２６６ｎｍ
のＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波１パルス（ｐｕｌ
ｓｅ）当たりのエッチング深さを示すエッチング速度
（Ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）をとり、横軸にレーザー・フル
エンス（Ｌａｓｅｒ ｆｌｕｅｎｃｅ）をとっている。
【００３０】図３のグラフから明らかなように、本発明
のアブレーションによる加工は０．５Ｊ／ｃｍ2程度の
レーザー・フルエンスから行うことができ、レーザー・
フルエンスの増加にともなって、エッチング速度、即
ち、加工速度が増大するものである。そして、レーザー
・フルエンスが２．３Ｊ／ｃｍ2のときには、約５８ｎ
ｍ／ｐｕｌｓｅのエッチング速度が得られた。
のアブレーションによる加工は０．５Ｊ／ｃｍ2程度の
レーザー・フルエンスから行うことができ、レーザー・
フルエンスの増加にともなって、エッチング速度、即
ち、加工速度が増大するものである。そして、レーザー
・フルエンスが２．３Ｊ／ｃｍ2のときには、約５８ｎ
ｍ／ｐｕｌｓｅのエッチング速度が得られた。
【００３１】ここで、上記したように波長２６６ｎｍの
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波の繰り返し周波数は
１Ｈｚであるので、本発明によれば、レーザー・フルエ
ンスが２．３Ｊ／ｃｍ2のときに得られる加工速度とし
ては、反応性イオン・エッチング法（ＲＩＥ）より２桁
程度大きな値が得られる。
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波の繰り返し周波数は
１Ｈｚであるので、本発明によれば、レーザー・フルエ
ンスが２．３Ｊ／ｃｍ2のときに得られる加工速度とし
ては、反応性イオン・エッチング法（ＲＩＥ）より２桁
程度大きな値が得られる。
【００３２】さらに、図４には、レーザー・フルエンス
を１．４Ｊ／ｃｍ2で固定し、加工対象材料（石英ガラ
ス）１８とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗ
を変化させた場合における、加工速度の変化を示すグラ
フが表されている。この図４に示すグラフにおいては、
縦軸に波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高
調波１パルス当たりのエッチング深さを示すエッチング
速度をとり、横軸に加工対象材料（石英ガラス）１８と
ターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗをとってい
る。
を１．４Ｊ／ｃｍ2で固定し、加工対象材料（石英ガラ
ス）１８とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗ
を変化させた場合における、加工速度の変化を示すグラ
フが表されている。この図４に示すグラフにおいては、
縦軸に波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーの４次高
調波１パルス当たりのエッチング深さを示すエッチング
速度をとり、横軸に加工対象材料（石英ガラス）１８と
ターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗをとってい
る。
【００３３】図４のグラフから明らかなように、加工対
象材料（石英ガラス）１８とターゲット（ステンレス
鋼）２０との間隔Ｗが狭いほど、加工速度が速くなるこ
とがわかる。これは、加工対象材料（石英ガラス）１８
とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗが狭いほ
うが、ターゲット（ステンレス鋼）２０から生成された
プラズマからの発光やイオン、ラジカルが加工対象材料
（石英ガラス）１８の面Ａにより強く作用し、面Ａにお
いてプラズマからの発光やイオン、ラジカルと加工対象
材料（石英ガラス）１８に入射された波長２６６ｎｍの
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波との相互作用がより
強く発揮されるためであると認められる。なお、上記に
おいては、加工対象材料１８として石英ガラスを用い、
ターゲット２０としてステンレス鋼を用い、レーザー１
０としてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、レーザー光とし
てレーザー１０（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）の４次高調波
をパルス幅８ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１Ｈｚで照射し
た場合の実験について説明したが、加工対象材料１８
は、照射されるレーザー光が当該材料に対して透明とな
る、即ち、照射されるレーザー光を吸収しないものであ
れば、任意のものを選択することができる。
象材料（石英ガラス）１８とターゲット（ステンレス
鋼）２０との間隔Ｗが狭いほど、加工速度が速くなるこ
とがわかる。これは、加工対象材料（石英ガラス）１８
とターゲット（ステンレス鋼）２０との間隔Ｗが狭いほ
うが、ターゲット（ステンレス鋼）２０から生成された
プラズマからの発光やイオン、ラジカルが加工対象材料
（石英ガラス）１８の面Ａにより強く作用し、面Ａにお
いてプラズマからの発光やイオン、ラジカルと加工対象
材料（石英ガラス）１８に入射された波長２６６ｎｍの
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４次高調波との相互作用がより
強く発揮されるためであると認められる。なお、上記に
おいては、加工対象材料１８として石英ガラスを用い、
ターゲット２０としてステンレス鋼を用い、レーザー１
０としてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、レーザー光とし
てレーザー１０（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）の４次高調波
をパルス幅８ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１Ｈｚで照射し
た場合の実験について説明したが、加工対象材料１８
は、照射されるレーザー光が当該材料に対して透明とな
る、即ち、照射されるレーザー光を吸収しないものであ
れば、任意のものを選択することができる。
【００３４】また、レーザー１０も、照射するレーザー
光が加工対象材料１８に対して透明であれば、紫外レー
ザーの他に可視レーザーや赤外レーザーなどの種々のレ
ーザーを用いることができる。
光が加工対象材料１８に対して透明であれば、紫外レー
ザーの他に可視レーザーや赤外レーザーなどの種々のレ
ーザーを用いることができる。
【００３５】さらに、ターゲット２０は、レーザー光の
照射によってプラズマが生成されるものであれば、金属
の他にセラミックなどの任意のものを選択することがで
きる。
照射によってプラズマが生成されるものであれば、金属
の他にセラミックなどの任意のものを選択することがで
きる。
【００３６】また、上記した実施の形態においては、レ
ーザー１０から照射されたレーザー光を用いてターゲッ
ト２０からプラズマを生成するとともに、加工対象材料
１８の面Ａにおいてプラズマからの発光やイオン、ラジ
カルとの相互作用を発揮せしめるようにしたが、これに
限られることなしに、ターゲット２０からプラズマを生
成するためのレーザー光と、加工対象材料１８の面Ａに
おいてプラズマからの発光やイオン、ラジカルとの相互
作用を発揮せしめるレーザー光とを別々にしてもよい。
ーザー１０から照射されたレーザー光を用いてターゲッ
ト２０からプラズマを生成するとともに、加工対象材料
１８の面Ａにおいてプラズマからの発光やイオン、ラジ
カルとの相互作用を発揮せしめるようにしたが、これに
限られることなしに、ターゲット２０からプラズマを生
成するためのレーザー光と、加工対象材料１８の面Ａに
おいてプラズマからの発光やイオン、ラジカルとの相互
作用を発揮せしめるレーザー光とを別々にしてもよい。
【００３７】即ち、レーザー１０から照射されるレーザ
ー光を加工対象材料１８を透過させてターゲット２０に
照射するのではなく、レーザー１０から照射されるレー
ザー光の光路を分岐して、一方は加工対象材料１８に照
射させ、他方はターゲット２０に照射させるようにして
もよい。あるいは、ターゲット２０からプラズマを生成
するためのレーザー光を照射するためのレーザーと、加
工対象材料１８においてプラズマからの発光やイオン、
ラジカルとの相互作用を発揮せしめるレーザー光を照射
するためのレーザーとをそれぞれ設けるようにしてもよ
く、この場合にはそれぞれのレーザーは互いに異なる種
類のものを用いるようにしてもよい。
ー光を加工対象材料１８を透過させてターゲット２０に
照射するのではなく、レーザー１０から照射されるレー
ザー光の光路を分岐して、一方は加工対象材料１８に照
射させ、他方はターゲット２０に照射させるようにして
もよい。あるいは、ターゲット２０からプラズマを生成
するためのレーザー光を照射するためのレーザーと、加
工対象材料１８においてプラズマからの発光やイオン、
ラジカルとの相互作用を発揮せしめるレーザー光を照射
するためのレーザーとをそれぞれ設けるようにしてもよ
く、この場合にはそれぞれのレーザーは互いに異なる種
類のものを用いるようにしてもよい。
【００３８】また、上記した実施の形態においては、タ
ーゲット２０にレーザー光を照射することによりプラズ
マを生成するようにしたが、これに限られることなし
に、その他の方法によってプラズマやイオン、ラジカル
を生成するようにしてもよい。例えば、図５には、高周
波電流によりプラズマを生成してイオンやラジカルを形
成する場合を示している。なお、図５においては、図１
に示す構成と同一または相当する構成には図１と同一の
符号を付して示すことにより、その詳細な説明は省略す
る。
ーゲット２０にレーザー光を照射することによりプラズ
マを生成するようにしたが、これに限られることなし
に、その他の方法によってプラズマやイオン、ラジカル
を生成するようにしてもよい。例えば、図５には、高周
波電流によりプラズマを生成してイオンやラジカルを形
成する場合を示している。なお、図５においては、図１
に示す構成と同一または相当する構成には図１と同一の
符号を付して示すことにより、その詳細な説明は省略す
る。
【００３９】即ち、図５に示す実施の形態においては、
真空チャンバー１６に一対の高周波電極１００、１０２
が設けられており、この高周波電極１００、１０２に高
周波電源１０４から高周波電流が供給されることによ
り、真空チャンバー１６内にプラズマが発生されるもの
である。
真空チャンバー１６に一対の高周波電極１００、１０２
が設けられており、この高周波電極１００、１０２に高
周波電源１０４から高周波電流が供給されることによ
り、真空チャンバー１６内にプラズマが発生されるもの
である。
【００４０】そして、この図５に示す実施の形態では、
真空チャンバー１６内において符号Ｐ１に示す領域にプ
ラズマが生成されるようにした場合には、加工対象面と
して加工対象材料１８の面Ａにおいてプラズマからの発
光やイオン、ラジカルと加工対象材料１８に入射された
レーザー光との相互作用によりアブレーションによる加
工が行われ、真空チャンバー１６内において符号Ｐ２に
示す領域にプラズマが生成されるようにした場合には、
加工対象面として加工対象材料１８の面Ｂにおいてプラ
ズマからの発光やイオン、ラジカルと加工対象材料１８
に入射されたレーザー光との相互作用によりアブレーシ
ョンによる加工が行われることになる。
真空チャンバー１６内において符号Ｐ１に示す領域にプ
ラズマが生成されるようにした場合には、加工対象面と
して加工対象材料１８の面Ａにおいてプラズマからの発
光やイオン、ラジカルと加工対象材料１８に入射された
レーザー光との相互作用によりアブレーションによる加
工が行われ、真空チャンバー１６内において符号Ｐ２に
示す領域にプラズマが生成されるようにした場合には、
加工対象面として加工対象材料１８の面Ｂにおいてプラ
ズマからの発光やイオン、ラジカルと加工対象材料１８
に入射されたレーザー光との相互作用によりアブレーシ
ョンによる加工が行われることになる。
【００４１】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、光の吸収端の波長が短く、また、構成原子
間の結合エネルギーが大きい石英ガラスなどの材料に対
して、微細パターンを高速で形成することができるとい
う優れた効果を奏する。
ているので、光の吸収端の波長が短く、また、構成原子
間の結合エネルギーが大きい石英ガラスなどの材料に対
して、微細パターンを高速で形成することができるとい
う優れた効果を奏する。
【図１】本発明によるレーザー加工装置の実施の形態の
一例の概念構成図である。
一例の概念構成図である。
【図２】加工対象材料（石英ガラス）の加工対象面の原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。
子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。
【図３】加工対象材料（石英ガラス）とターゲット（ス
テンレス鋼）との間隔Ｗを２０μｍで固定した場合にお
ける、加工速度のレーザー・フルエンス依存性を示すグ
ラフである。
テンレス鋼）との間隔Ｗを２０μｍで固定した場合にお
ける、加工速度のレーザー・フルエンス依存性を示すグ
ラフである。
【図４】レーザー・フルエンスを１．４Ｊ／ｃｍ2で固
定し、加工対象材料（石英ガラス）とターゲット（ステ
ンレス鋼）との間隔Ｗを変化させた場合における、加工
速度の変化を示すグラフである。
定し、加工対象材料（石英ガラス）とターゲット（ステ
ンレス鋼）との間隔Ｗを変化させた場合における、加工
速度の変化を示すグラフである。
【図５】本発明によるレーザー加工装置の実施の形態の
他の例の概念構成図である。
他の例の概念構成図である。
１０ レーザー
１２ マスク
１４ レンズ
１６ 真空チャンバー
１６ａ 窓部
１８ 加工対象材料
２０ ターゲット
１００、１０２ 高周波電極
１０４ 高周波電源
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−155920（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−192857（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−238289（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−230377（ＪＰ，Ａ)
国際公開98／042474（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 26/00 - 26/42
Claims (6)
- 【請求項１】 加工対象材料とターゲットとを間隔を開
けて配置し、 前記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を
前記加工対象材料に照射するとともに前記ターゲットに
照射して、前記ターゲットから前記加工対象材料の加工
対象面に近接してプラズマを生成し、前記プラズマと前
記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー光とを相
互作用させ、 前記相互作用 によって、前記加工対象材料の前記加工対
象面でアブレーションを発生させて加工を行うことを特
徴とするレーザー加工方法。 - 【請求項２】 加工対象材料とターゲットとを間隔を開
けて配置し、 前記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を
所定のパターンを有するマスクを通して前記加工対象材
料に照射するとともに前記ターゲットに照射して、前記
ターゲットから前記加工対象材料の加工対象面に近接し
てプラズマを生成し、前記プラズマと前記マスクを通し
て前記加工対象材料に照射されたパルス・レーザー光と
を相互作用させ、 前記相互作用 によって、前記加工対象材料の前記加工対
象面で前記マスクの所定のパターンに対応したアブレー
ションを発生させて加工を行うことを特徴とするレーザ
ー加工方法。 - 【請求項３】 レーザー加工される加工対象面を有する
加工対象材料と、 前記加工対象材料の前記加工対象面と対向して間隔を開
けて配置されたターゲットと、 前記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を
前記加工対象材料に照射するとともに前記ターゲットに
照射して、前記ターゲットから前記ターゲットと前記加
工対象材料の前記加工対象面との間にプラズマを生成
し、前記プラズマとパルス・レーザー光とを相互作用さ
せるパルス・レーザーとを有し、 前記相互作用によって、前記加工対象材料の前記加工対
象面でアブレーションを発生させて加工を行うことを特
徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項４】 レーザー加工される加工対象面を有する
加工対象材料と、 前記加工対象材料の前記加工対象面と対向して配置され
たターゲットと、 前記加工対象材料に対して透明なレーザー光を、前記加
工対象材料に照射するレーザーと、 前記ターゲットにレーザー光を照射して、前記ターゲッ
トから前記ターゲットと前記加工対象材料の前記加工対
象面との間にプラズマを生成する第２のレーザーとを有
し、 前記ターゲットから生成されたプラズマと前記レーザー
から前記加工対象材料に照射されたレーザー光との相互
作用によって、前記加工対象材料の前記加工対象面でア
ブレーションを発生させて加工を行うことを特徴とする
レーザー加工装置。 - 【請求項５】 レーザー加工される加工対象面を有する
加工対象材料と、 前記加工対象材料の前記加工対象面に近接してプラズマ
を生成するプラズマ生成手段と、 前記加工対象材料に対して透明なパルス・レーザー光を
前記加工対象材料に照射して、前記プラズマ生成手段に
よって生成されたプラズマとパルス・レーザー光とを相
互作用させるパルス・レーザーとを有し、 前記相互作用によって、前記加工対象材料の前記加工対
象面でアブレーションを発生させて加工を行うことを特
徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項６】 請求項３、４または５のいずれか１項に
記載のレーザー加工装置において、さらに、 前記レーザーと前記加工対象物との間に配置された所定
のパターンを有するマスクとを有し、 前記レーザーは、前記マスクを通してレーザー光を前記
加工対象物に照射し、 前記相互作用によって、前記加工対象材料の前記加工対
象面で前記マスクの所定のパターンに対応したアブレー
ションを発生させて加工を行うことを特徴とするレーザ
ー加工装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02387998A JP3401425B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | レーザー加工方法およびレーザー加工装置 |
| CA002258457A CA2258457C (en) | 1998-01-21 | 1999-01-13 | Laser machining method and laser machining apparatus |
| DE69906599T DE69906599T2 (de) | 1998-01-21 | 1999-01-18 | Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung |
| EP99100818A EP0931620B1 (en) | 1998-01-21 | 1999-01-18 | Laser machining method and apparatus |
| US09/234,945 US6180915B1 (en) | 1998-01-21 | 1999-01-21 | Laser machining method and laser machining apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02387998A JP3401425B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | レーザー加工方法およびレーザー加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11207478A JPH11207478A (ja) | 1999-08-03 |
| JP3401425B2 true JP3401425B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=12122745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02387998A Expired - Lifetime JP3401425B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | レーザー加工方法およびレーザー加工装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6180915B1 (ja) |
| EP (1) | EP0931620B1 (ja) |
| JP (1) | JP3401425B2 (ja) |
| CA (1) | CA2258457C (ja) |
| DE (1) | DE69906599T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US6861364B1 (en) | 1999-11-30 | 2005-03-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Laser etching method and apparatus therefor |
| SG122749A1 (en) * | 2001-10-16 | 2006-06-29 | Inst Data Storage | Method of laser marking and apparatus therefor |
| US8247731B2 (en) * | 2002-02-25 | 2012-08-21 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska | Laser scribing and machining of materials |
| US20050109747A1 (en) * | 2002-02-25 | 2005-05-26 | Alexander Dennis R. | Laser scribing and machining of materials |
| DE10300134A1 (de) * | 2003-01-07 | 2004-07-15 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Laserbohren |
| US7049543B2 (en) * | 2003-11-07 | 2006-05-23 | The Regents Of The University Of California | Method of defining features on materials with a femtosecond laser |
| FI20060178L (fi) * | 2006-02-23 | 2007-08-24 | Picodeon Ltd Oy | Pinnoitusmenetelmä |
| US7608308B2 (en) * | 2006-04-17 | 2009-10-27 | Imra America, Inc. | P-type semiconductor zinc oxide films process for preparation thereof, and pulsed laser deposition method using transparent substrates |
| DE102011055364A1 (de) * | 2011-11-15 | 2013-05-23 | Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst - Hildesheim/Holzminden/Göttingen | Verfahren zum Materialabtrag an Glasoberflächen |
| DE102014109791A1 (de) | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Schott Ag | Verfahren zur Laserablation |
| DE102014015951A1 (de) * | 2014-10-20 | 2016-04-21 | 4Jet Technologies Gmbh | Verfahren zum Bearbeiten eines elektrisch nicht leitenden oder halbleitenden Materials |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS63238289A (ja) * | 1987-03-26 | 1988-10-04 | Mikio Takai | プラズマとレ−ザ−照射とを同時に用いる加工方法および加工装置 |
| JPH04356388A (ja) * | 1991-05-28 | 1992-12-10 | Fujitsu Ltd | レーザアブレーション加工方法及び加工用マスク |
| JPH06155920A (ja) * | 1992-11-19 | 1994-06-03 | Miyachi Technos Kk | マーキング方法 |
| US5558788A (en) * | 1993-11-30 | 1996-09-24 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Dual beam optical system for pulsed laser ablation film deposition |
| US5801356A (en) * | 1995-08-16 | 1998-09-01 | Santa Barbara Research Center | Laser scribing on glass using Nd:YAG laser |
| DE69703339T2 (de) * | 1996-09-19 | 2001-04-12 | Koninkl Philips Electronics Nv | Herstellungsverfahren einer gemusterten oberfläche auf einem transparenten körper |
| JP3392683B2 (ja) * | 1997-02-10 | 2003-03-31 | 三菱重工業株式会社 | レーザ加工ヘッド |
| JP3831046B2 (ja) * | 1997-02-21 | 2006-10-11 | 株式会社安川電機 | マーキング方法 |
| KR100537771B1 (ko) * | 1997-03-21 | 2005-12-19 | 가부시키가이샤 야스카와덴키 | 마킹방법 및 마킹재 |
-
1998
- 1998-01-21 JP JP02387998A patent/JP3401425B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-01-13 CA CA002258457A patent/CA2258457C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1999-01-18 DE DE69906599T patent/DE69906599T2/de not_active Expired - Fee Related
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